隨鉆測井電纜液控鎖緊裝置的研制和應用

楊愛紅

【摘 要】 介紹了研制隨鉆測井電纜液控鎖緊裝置代替對開式電纜懸掛壓板的設計原理、結構組成和現(xiàn)場應用情況，經現(xiàn)場試驗和使用證明，新研制的電纜液控鎖緊裝置能夠防止電纜滑落，實現(xiàn)縮短操作時間，顯著降低誘發(fā)井下復雜事故發(fā)生的可能性，減小勞動強度，延長測井電纜的使用壽命。

【關鍵詞】 隨鉆測井 電纜液控鎖緊裝置 對開式電纜懸掛器 研制 應用

隨鉆跟蹤測量設備是特殊工藝井井眼軌跡控制技術的基礎，而隨鉆測井電纜能將近鉆頭井段的井眼軌跡參數(shù)傳輸?shù)降孛妫瑸槎ㄏ蚬こ處熖峁┲庇^、可靠的依據(jù)。因此隨鉆測井電纜尤顯重要。而隨鉆跟蹤測量施工的工藝要求當井下儀器串準確坐鍵后，為防止高速泥漿流將地面電纜過多地帶入鉆具水眼內堆積，造成測井電纜的先期損壞，操作人員必須爬到近30米的高空去安裝對開式電纜懸掛器，其操作過程時間長，工作強度大、易發(fā)生高空墜落、落物傷人事件。為提高隨鉆測量施工的安全性和時效性，因此研制了測井電纜液控鎖緊裝置。

1 新研制測井電纜液控鎖緊裝置的結構和工作原理

電纜液控鎖緊裝置由壓板液缸、定壓板、移動壓板、壓板盒、扶正輪總成及支承座等組成。如（圖1、2）。

壓板液缸通過法蘭與壓板盒聯(lián)成一體，內部有彈簧和活塞桿。液缸頂部有進油孔，它由手壓泵通過一個三通接頭，兩根高壓管線，同時向液控電纜鎖緊裝置和密封液缸提供液動力。動壓板通過絲扣與懸掛液缸的活塞桿頭部連接 。固定壓板拉于活動壓板的一側 ，兩塊壓板的中心各加工有一道半徑為4mm，深度為3mm的黃銅圓弧槽，以實現(xiàn)對測井電纜的導向和限位。扶正輪總成由兩組扶正輪、支承架和空心軸組成，它固定于壓板盒和定壓扳之上，其中心線與下部密封液缸中心線重合。扶正輪中間有園弧槽，它與下部密封液缸內的密封組件一起將電纜限制在相對于壓板中心線偏差1mm的位置，確保電纜在裝置的電纜通道內自動居中，且經扶正輪總成扶正、導向后自由、高速運移。支承座位于懸掛液缸、壓板盒和定壓板的下方。其下部與焊接在密封液缸上的鎖緊圈通過絲扣聯(lián)接。

當需要進行隨鉆跟蹤測量施工時，將預填式高壓旋轉頭與鉆桿單根連接成“組裝短節(jié)”。與測井電纜相連的井下儀器串已通過密封液壓缸進入組裝短節(jié)內，密封組件已安裝在密封液壓缸內，液控電纜鎖緊裝置己與液壓缸連接好。此時，測井電纜已進入壓板盒中心和兩組扶正輪上的園弧槽中（壓板盒的中心線和扶正輪總成的中心線重合）。當井下儀器串成功“座鍵”后，用手壓泵打壓，液壓油通過密封液缸上的三通接頭，一路流入密封液缸，壓縮預填密封組件封鎖電纜通道；同時，另一路流入懸掛液壓缸，推動懸掛液壓缸活塞和動壓板向壓板中心方向移動。將電纜壓緊在定、動壓板之間的黃銅圓弧槽內防止電纜滑落。當需要上提電纜時，先停止鉆井泵運轉，再松開手壓泵鎖緊手輪，液壓油回流入手壓泵內，懸掛液壓缸彈簧自由伸展，彈簧力推動懸掛液壓缸活塞和液動壓板向液缸底部運動，電纜松開；此時，密封液缸內的電纜也處于敞開狀態(tài)。按上述操作可實現(xiàn)對測井電纜的快速懸掛和松開，有效降低電纜損壞的可能性。

2 主要部件的技術參數(shù)設計與強度分析

壓板液缸為單作用彈簧復位液壓缸，液壓缸額定壓力為25Mpa，液壓缸內徑為￠50mm。

2.1 缸筒壁厚計算

一當3.2≤ФAL÷δ≤16時，按中等壁厚計算，材料選用45號鋼

由式

式中：Py=1.2P=30MPa Ψ=1 [σ]=120MPa；故缸筒壁厚取7mm是安全的。

2.2 缸底厚度計算

式中：d。為進油口直徑，[σ]=120MPa；故取15mm是安全的。

2.3 缸頭法蘭厚度計算

式中：D。為法蘭孔分度圓直徑，D1為法蘭根部直徑。 故法蘭厚度取10mm以上是安全的。

2.4 活塞桿計算

（1）活塞桿直徑d1計算

；園整后取d1=22mm符合要求。

（2）與活塞配合處活塞桿直徑d2計算

初選d2=15mm進行驗算活塞與活塞桿肩部表面壓應力，

因=；故d2取15mm符合要求。

2.5 活塞計算

材料選用45號鋼，活塞厚度一般取活塞外徑的0.6-1倍，故取35mm符合要求。

2.6 連接螺栓的強度計算

把螺栓做為整套裝置的強度薄弱點，初選螺栓M10六顆均布，M12四顆均布兩種方案進行驗算。

（1）螺紋處的拉應力

由式σ=4KF/πd12Z得

M10螺栓：σ=195.5MPa；M12螺栓：σ=201.1MPa

（2）螺紋處的切應力

由式τ=KK1Fd。/0.2d13Z得

M10螺栓的τ=112.8MPa；M12螺栓的τ=115.3 MPa

（3）合應力

由得

M10螺栓：σn=276.4 MPa；M12螺栓σn=283.4MPa

因[σn]=σs/n=360/1.25=288MPa

故M10、M12兩種螺栓皆符合設計要求，現(xiàn)選M12螺栓，四顆均布。

3 現(xiàn)場應用情況

在安2050井進行隨鉆測量作業(yè)中試驗，該井井深2560米，懸掛電纜11次，否則測井電纜會大量進入鉆具水眼內堆積、纏繞，影響測量數(shù)據(jù)傳輸，造成隨鉆測量作業(yè)中斷、停止。若釆用對開式壓板懸掛電纜，每次耗時12～20分鐘。施工人員冒險爬到近30米的井架上進行安裝壓板11次；現(xiàn)釆用液控電纜鎖緊裝置懸掛電纜，電纜的密封與懸掛皆在地面采用液壓控制，兩步操作同步完成，其每次耗時3～4分鐘，根除高空墜落及落物傷人等意外人身傷害事件，降低施工人員勞動強度，對測井電纜無損傷。

4 結語

（1）現(xiàn)場應用證明，使用液控電纜鎖緊裝質，可實現(xiàn)在地面對測井電纜的密封和懸掛同時完成，根除施工人員高空墜落及落物傷人等意外人身傷害事件，減少施工人員勞動強度。

（2）每次密封與懸掛測井電纜操作只需2～3分鐘時間，節(jié)約生產時間，縮短井下鉆具靜止時間，顯著降低誘發(fā)井下復雜情況發(fā)生的可能性。

（3）液控電纜鎖緊裝質的扶正輪使測井電纜自動居中，減少電纜在高速運移時與密封組件及外部設備間的相互磨損，有利于延長測井電纜的實際使用壽命。

參考文獻：

[1]成大先.《機械設計手冊》.化學工業(yè)出版社，2008-04版.

[2]朱新才.《液壓傳動與氣壓傳動》.冶金工業(yè)出版社，2009.5

[3]紀武瑜.《石油機械基礎》.石油工業(yè)出版社，2010.8.01.endprint

【摘 要】 介紹了研制隨鉆測井電纜液控鎖緊裝置代替對開式電纜懸掛壓板的設計原理、結構組成和現(xiàn)場應用情況，經現(xiàn)場試驗和使用證明，新研制的電纜液控鎖緊裝置能夠防止電纜滑落，實現(xiàn)縮短操作時間，顯著降低誘發(fā)井下復雜事故發(fā)生的可能性，減小勞動強度，延長測井電纜的使用壽命。

【關鍵詞】 隨鉆測井 電纜液控鎖緊裝置 對開式電纜懸掛器 研制 應用

隨鉆跟蹤測量設備是特殊工藝井井眼軌跡控制技術的基礎，而隨鉆測井電纜能將近鉆頭井段的井眼軌跡參數(shù)傳輸?shù)降孛?，為定向工程師提供直觀、可靠的依據(jù)。因此隨鉆測井電纜尤顯重要。而隨鉆跟蹤測量施工的工藝要求當井下儀器串準確坐鍵后，為防止高速泥漿流將地面電纜過多地帶入鉆具水眼內堆積，造成測井電纜的先期損壞，操作人員必須爬到近30米的高空去安裝對開式電纜懸掛器，其操作過程時間長，工作強度大、易發(fā)生高空墜落、落物傷人事件。為提高隨鉆測量施工的安全性和時效性，因此研制了測井電纜液控鎖緊裝置。

1 新研制測井電纜液控鎖緊裝置的結構和工作原理

電纜液控鎖緊裝置由壓板液缸、定壓板、移動壓板、壓板盒、扶正輪總成及支承座等組成。如（圖1、2）。

壓板液缸通過法蘭與壓板盒聯(lián)成一體，內部有彈簧和活塞桿。液缸頂部有進油孔，它由手壓泵通過一個三通接頭，兩根高壓管線，同時向液控電纜鎖緊裝置和密封液缸提供液動力。動壓板通過絲扣與懸掛液缸的活塞桿頭部連接 。固定壓板拉于活動壓板的一側 ，兩塊壓板的中心各加工有一道半徑為4mm，深度為3mm的黃銅圓弧槽，以實現(xiàn)對測井電纜的導向和限位。扶正輪總成由兩組扶正輪、支承架和空心軸組成，它固定于壓板盒和定壓扳之上，其中心線與下部密封液缸中心線重合。扶正輪中間有園弧槽，它與下部密封液缸內的密封組件一起將電纜限制在相對于壓板中心線偏差1mm的位置，確保電纜在裝置的電纜通道內自動居中，且經扶正輪總成扶正、導向后自由、高速運移。支承座位于懸掛液缸、壓板盒和定壓板的下方。其下部與焊接在密封液缸上的鎖緊圈通過絲扣聯(lián)接。

當需要進行隨鉆跟蹤測量施工時，將預填式高壓旋轉頭與鉆桿單根連接成“組裝短節(jié)”。與測井電纜相連的井下儀器串已通過密封液壓缸進入組裝短節(jié)內，密封組件已安裝在密封液壓缸內，液控電纜鎖緊裝置己與液壓缸連接好。此時，測井電纜已進入壓板盒中心和兩組扶正輪上的園弧槽中（壓板盒的中心線和扶正輪總成的中心線重合）。當井下儀器串成功“座鍵”后，用手壓泵打壓，液壓油通過密封液缸上的三通接頭，一路流入密封液缸，壓縮預填密封組件封鎖電纜通道；同時，另一路流入懸掛液壓缸，推動懸掛液壓缸活塞和動壓板向壓板中心方向移動。將電纜壓緊在定、動壓板之間的黃銅圓弧槽內防止電纜滑落。當需要上提電纜時，先停止鉆井泵運轉，再松開手壓泵鎖緊手輪，液壓油回流入手壓泵內，懸掛液壓缸彈簧自由伸展，彈簧力推動懸掛液壓缸活塞和液動壓板向液缸底部運動，電纜松開；此時，密封液缸內的電纜也處于敞開狀態(tài)。按上述操作可實現(xiàn)對測井電纜的快速懸掛和松開，有效降低電纜損壞的可能性。

2 主要部件的技術參數(shù)設計與強度分析

壓板液缸為單作用彈簧復位液壓缸，液壓缸額定壓力為25Mpa，液壓缸內徑為￠50mm。

2.1 缸筒壁厚計算

一當3.2≤ФAL÷δ≤16時，按中等壁厚計算，材料選用45號鋼

由式

式中：Py=1.2P=30MPa Ψ=1 [σ]=120MPa；故缸筒壁厚取7mm是安全的。

2.2 缸底厚度計算

式中：d。為進油口直徑，[σ]=120MPa；故取15mm是安全的。

2.3 缸頭法蘭厚度計算

式中：D。為法蘭孔分度圓直徑，D1為法蘭根部直徑。 故法蘭厚度取10mm以上是安全的。

2.4 活塞桿計算

（1）活塞桿直徑d1計算

；園整后取d1=22mm符合要求。

（2）與活塞配合處活塞桿直徑d2計算

初選d2=15mm進行驗算活塞與活塞桿肩部表面壓應力，

因=；故d2取15mm符合要求。

2.5 活塞計算

材料選用45號鋼，活塞厚度一般取活塞外徑的0.6-1倍，故取35mm符合要求。

2.6 連接螺栓的強度計算

把螺栓做為整套裝置的強度薄弱點，初選螺栓M10六顆均布，M12四顆均布兩種方案進行驗算。

（1）螺紋處的拉應力

由式σ=4KF/πd12Z得

M10螺栓：σ=195.5MPa；M12螺栓：σ=201.1MPa

（2）螺紋處的切應力

由式τ=KK1Fd。/0.2d13Z得

M10螺栓的τ=112.8MPa；M12螺栓的τ=115.3 MPa

（3）合應力

由得

M10螺栓：σn=276.4 MPa；M12螺栓σn=283.4MPa

因[σn]=σs/n=360/1.25=288MPa

故M10、M12兩種螺栓皆符合設計要求，現(xiàn)選M12螺栓，四顆均布。

3 現(xiàn)場應用情況

在安2050井進行隨鉆測量作業(yè)中試驗，該井井深2560米，懸掛電纜11次，否則測井電纜會大量進入鉆具水眼內堆積、纏繞，影響測量數(shù)據(jù)傳輸，造成隨鉆測量作業(yè)中斷、停止。若釆用對開式壓板懸掛電纜，每次耗時12～20分鐘。施工人員冒險爬到近30米的井架上進行安裝壓板11次；現(xiàn)釆用液控電纜鎖緊裝置懸掛電纜，電纜的密封與懸掛皆在地面采用液壓控制，兩步操作同步完成，其每次耗時3～4分鐘，根除高空墜落及落物傷人等意外人身傷害事件，降低施工人員勞動強度，對測井電纜無損傷。

4 結語

（1）現(xiàn)場應用證明，使用液控電纜鎖緊裝質，可實現(xiàn)在地面對測井電纜的密封和懸掛同時完成，根除施工人員高空墜落及落物傷人等意外人身傷害事件，減少施工人員勞動強度。

（2）每次密封與懸掛測井電纜操作只需2～3分鐘時間，節(jié)約生產時間，縮短井下鉆具靜止時間，顯著降低誘發(fā)井下復雜情況發(fā)生的可能性。

（3）液控電纜鎖緊裝質的扶正輪使測井電纜自動居中，減少電纜在高速運移時與密封組件及外部設備間的相互磨損，有利于延長測井電纜的實際使用壽命。

參考文獻：

[1]成大先.《機械設計手冊》.化學工業(yè)出版社，2008-04版.

[2]朱新才.《液壓傳動與氣壓傳動》.冶金工業(yè)出版社，2009.5

[3]紀武瑜.《石油機械基礎》.石油工業(yè)出版社，2010.8.01.endprint

【摘 要】 介紹了研制隨鉆測井電纜液控鎖緊裝置代替對開式電纜懸掛壓板的設計原理、結構組成和現(xiàn)場應用情況，經現(xiàn)場試驗和使用證明，新研制的電纜液控鎖緊裝置能夠防止電纜滑落，實現(xiàn)縮短操作時間，顯著降低誘發(fā)井下復雜事故發(fā)生的可能性，減小勞動強度，延長測井電纜的使用壽命。

【關鍵詞】 隨鉆測井 電纜液控鎖緊裝置 對開式電纜懸掛器 研制 應用

隨鉆跟蹤測量設備是特殊工藝井井眼軌跡控制技術的基礎，而隨鉆測井電纜能將近鉆頭井段的井眼軌跡參數(shù)傳輸?shù)降孛?，為定向工程師提供直觀、可靠的依據(jù)。因此隨鉆測井電纜尤顯重要。而隨鉆跟蹤測量施工的工藝要求當井下儀器串準確坐鍵后，為防止高速泥漿流將地面電纜過多地帶入鉆具水眼內堆積，造成測井電纜的先期損壞，操作人員必須爬到近30米的高空去安裝對開式電纜懸掛器，其操作過程時間長，工作強度大、易發(fā)生高空墜落、落物傷人事件。為提高隨鉆測量施工的安全性和時效性，因此研制了測井電纜液控鎖緊裝置。

1 新研制測井電纜液控鎖緊裝置的結構和工作原理

電纜液控鎖緊裝置由壓板液缸、定壓板、移動壓板、壓板盒、扶正輪總成及支承座等組成。如（圖1、2）。

壓板液缸通過法蘭與壓板盒聯(lián)成一體，內部有彈簧和活塞桿。液缸頂部有進油孔，它由手壓泵通過一個三通接頭，兩根高壓管線，同時向液控電纜鎖緊裝置和密封液缸提供液動力。動壓板通過絲扣與懸掛液缸的活塞桿頭部連接 。固定壓板拉于活動壓板的一側 ，兩塊壓板的中心各加工有一道半徑為4mm，深度為3mm的黃銅圓弧槽，以實現(xiàn)對測井電纜的導向和限位。扶正輪總成由兩組扶正輪、支承架和空心軸組成，它固定于壓板盒和定壓扳之上，其中心線與下部密封液缸中心線重合。扶正輪中間有園弧槽，它與下部密封液缸內的密封組件一起將電纜限制在相對于壓板中心線偏差1mm的位置，確保電纜在裝置的電纜通道內自動居中，且經扶正輪總成扶正、導向后自由、高速運移。支承座位于懸掛液缸、壓板盒和定壓板的下方。其下部與焊接在密封液缸上的鎖緊圈通過絲扣聯(lián)接。

當需要進行隨鉆跟蹤測量施工時，將預填式高壓旋轉頭與鉆桿單根連接成“組裝短節(jié)”。與測井電纜相連的井下儀器串已通過密封液壓缸進入組裝短節(jié)內，密封組件已安裝在密封液壓缸內，液控電纜鎖緊裝置己與液壓缸連接好。此時，測井電纜已進入壓板盒中心和兩組扶正輪上的園弧槽中（壓板盒的中心線和扶正輪總成的中心線重合）。當井下儀器串成功“座鍵”后，用手壓泵打壓，液壓油通過密封液缸上的三通接頭，一路流入密封液缸，壓縮預填密封組件封鎖電纜通道；同時，另一路流入懸掛液壓缸，推動懸掛液壓缸活塞和動壓板向壓板中心方向移動。將電纜壓緊在定、動壓板之間的黃銅圓弧槽內防止電纜滑落。當需要上提電纜時，先停止鉆井泵運轉，再松開手壓泵鎖緊手輪，液壓油回流入手壓泵內，懸掛液壓缸彈簧自由伸展，彈簧力推動懸掛液壓缸活塞和液動壓板向液缸底部運動，電纜松開；此時，密封液缸內的電纜也處于敞開狀態(tài)。按上述操作可實現(xiàn)對測井電纜的快速懸掛和松開，有效降低電纜損壞的可能性。

2 主要部件的技術參數(shù)設計與強度分析

壓板液缸為單作用彈簧復位液壓缸，液壓缸額定壓力為25Mpa，液壓缸內徑為￠50mm。

2.1 缸筒壁厚計算

一當3.2≤ФAL÷δ≤16時，按中等壁厚計算，材料選用45號鋼

由式

式中：Py=1.2P=30MPa Ψ=1 [σ]=120MPa；故缸筒壁厚取7mm是安全的。

2.2 缸底厚度計算

式中：d。為進油口直徑，[σ]=120MPa；故取15mm是安全的。

2.3 缸頭法蘭厚度計算

式中：D。為法蘭孔分度圓直徑，D1為法蘭根部直徑。 故法蘭厚度取10mm以上是安全的。

2.4 活塞桿計算

（1）活塞桿直徑d1計算

；園整后取d1=22mm符合要求。

（2）與活塞配合處活塞桿直徑d2計算

初選d2=15mm進行驗算活塞與活塞桿肩部表面壓應力，

因=；故d2取15mm符合要求。

2.5 活塞計算

材料選用45號鋼，活塞厚度一般取活塞外徑的0.6-1倍，故取35mm符合要求。

2.6 連接螺栓的強度計算

把螺栓做為整套裝置的強度薄弱點，初選螺栓M10六顆均布，M12四顆均布兩種方案進行驗算。

（1）螺紋處的拉應力

由式σ=4KF/πd12Z得

M10螺栓：σ=195.5MPa；M12螺栓：σ=201.1MPa

（2）螺紋處的切應力

由式τ=KK1Fd。/0.2d13Z得

M10螺栓的τ=112.8MPa；M12螺栓的τ=115.3 MPa

（3）合應力

由得

M10螺栓：σn=276.4 MPa；M12螺栓σn=283.4MPa

因[σn]=σs/n=360/1.25=288MPa

故M10、M12兩種螺栓皆符合設計要求，現(xiàn)選M12螺栓，四顆均布。

3 現(xiàn)場應用情況

在安2050井進行隨鉆測量作業(yè)中試驗，該井井深2560米，懸掛電纜11次，否則測井電纜會大量進入鉆具水眼內堆積、纏繞，影響測量數(shù)據(jù)傳輸，造成隨鉆測量作業(yè)中斷、停止。若釆用對開式壓板懸掛電纜，每次耗時12～20分鐘。施工人員冒險爬到近30米的井架上進行安裝壓板11次；現(xiàn)釆用液控電纜鎖緊裝置懸掛電纜，電纜的密封與懸掛皆在地面采用液壓控制，兩步操作同步完成，其每次耗時3～4分鐘，根除高空墜落及落物傷人等意外人身傷害事件，降低施工人員勞動強度，對測井電纜無損傷。

4 結語

（1）現(xiàn)場應用證明，使用液控電纜鎖緊裝質，可實現(xiàn)在地面對測井電纜的密封和懸掛同時完成，根除施工人員高空墜落及落物傷人等意外人身傷害事件，減少施工人員勞動強度。

（2）每次密封與懸掛測井電纜操作只需2～3分鐘時間，節(jié)約生產時間，縮短井下鉆具靜止時間，顯著降低誘發(fā)井下復雜情況發(fā)生的可能性。

（3）液控電纜鎖緊裝質的扶正輪使測井電纜自動居中，減少電纜在高速運移時與密封組件及外部設備間的相互磨損，有利于延長測井電纜的實際使用壽命。

參考文獻：

[1]成大先.《機械設計手冊》.化學工業(yè)出版社，2008-04版.

[2]朱新才.《液壓傳動與氣壓傳動》.冶金工業(yè)出版社，2009.5

[3]紀武瑜.《石油機械基礎》.石油工業(yè)出版社，2010.8.01.endprint